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在使用MOS管设(she)(she)计开(kai)关(guan)电(dian)源或者马(ma)达驱动电(dian)路的时候，大部(bu)分(fen)人都会考虑(lv)MOS的导通电(dian)阻(zu)，最大电(dian)压(ya)等，最大电(dian)流等，也(ye)(ye)有很多人仅仅考虑(lv)这(zhei)些因素。这(zhei)样的电(dian)路也(ye)(ye)许是可(ke)以工作(zuo)的，但并(bing)不是优(you)秀的，作(zuo)为(wei)正(zheng)式的产(chan)品设(she)(she)计也(ye)(ye)是不允许的。

1、MOS管种类和结构

MOSFET管(guan)(guan)是(shi)FET的(de)(de)一(yi)种(另一(yi)种是(shi)JFET)，可以(yi)被制造成增(zeng)强(qiang)(qiang)型或(huo)耗尽型，P沟(gou)道(dao)(dao)(dao)或(huo)N沟(gou)道(dao)(dao)(dao)共(gong)4种类型，但实际应用的(de)(de)只有增(zeng)强(qiang)(qiang)型的(de)(de)N沟(gou)道(dao)(dao)(dao)MOS管(guan)(guan)和(he)增(zeng)强(qiang)(qiang)型的(de)(de)P沟(gou)道(dao)(dao)(dao)MOS管(guan)(guan)，所以(yi)通(tong)常提到NMOS，或(huo)者PMOS指(zhi)的(de)(de)就是(shi)这两(liang)种。

对于这两(liang)种增强型MOS管，比较常(chang)用的是NMOS。原因是导通电(dian)阻小，且(qie)容(rong)易制(zhi)造(zao)。所以(yi)(yi)开(kai)关(guan)电(dian)源和马(ma)达驱动(dong)的应用中，一(yi)般都用NMOS。下面的介绍中，也多以(yi)(yi)NMOS为主。

MOS管(guan)的(de)三个管(guan)脚(jiao)之间有(you)(you)寄(ji)生(sheng)(sheng)电容存在，这(zhei)不是(shi)我们需要的(de)，而是(shi)由于(yu)制(zhi)造工艺限(xian)制(zhi)产(chan)生(sheng)(sheng)的(de)。寄(ji)生(sheng)(sheng)电容的(de)存在使得在设计或选(xuan)择驱动电路的(de)时(shi)候要麻烦(fan)一些，但没(mei)有(you)(you)办法避免，后(hou)边再详细介绍(shao)。

在(zai)MOS管(guan)(guan)原(yuan)理图上可以看到，漏极(ji)(ji)和源极(ji)(ji)之(zhi)间有一个寄(ji)生二(er)(er)极(ji)(ji)管(guan)(guan)。这(zhei)个叫(jiao)体(ti)二(er)(er)极(ji)(ji)管(guan)(guan)，在(zai)驱动感性负载(如马达)，这(zhei)个二(er)(er)极(ji)(ji)管(guan)(guan)很重要(yao)。顺便说一句，体(ti)二(er)(er)极(ji)(ji)管(guan)(guan)只在(zai)单个的MOS管(guan)(guan)中存在(zai)，在(zai)集成电路芯片内部通常是(shi)没有的。

MOS管的开关特性

静态特性

MOS管作(zuo)为开(kai)关(guan)元件，同样是(shi)工作(zuo)在截止或导通两种状(zhuang)态。由于MOS管是(shi)电(dian)压控制元件，所以主(zhu)要由栅源电(dian)压uGS决定其(qi)工作(zuo)状(zhuang)态。

工作特性如下：

※uGS<开(kai)启电压(ya)UT:MOS管工作在截止区，漏源电流iDS基本为0,输出(chu)电压(ya)uDS≈UDD,MOS管处(chu)于(yu)“断开(kai)”状态(tai)，其(qi)等效电路(lu)如下(xia)图所示。

※uGS>开启(qi)电压UT:MOS管(guan)工作在导通(tong)区，漏源电流(liu)iDS=UDD/(RD+rDS)。其(qi)中(zhong)，rDS为(wei)MOS管(guan)导通(tong)时的漏源电阻。输(shu)出电压UDS=UDD·rDS/(RD+rDS)，如(ru)果rDS《RD,则uDS≈0V,MOS管(guan)处(chu)于“接通(tong)”状(zhuang)态，其(qi)等效电路如(ru)上图(c)所示。

动态特性

MOS管在导通与截(jie)止两种状态(tai)发生转(zhuan)换时(shi)同样存(cun)在过渡过程，但其动态(tai)特性(xing)主要取决于与电路有关的杂散(san)电容充、放电所需的时(shi)间(jian)，而管子(zi)本(ben)身导通和截(jie)止时(shi)电荷(he)积(ji)累和消散(san)的时(shi)间(jian)是很(hen)小(xiao)的。

当输入(ru)(ru)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)ui由高(gao)(gao)变(bian)低(di)，MOS管由导通(tong)(tong)(tong)状态转(zhuan)换(huan)为截(jie)止(zhi)(zhi)状态时(shi)(shi)(shi)(shi)，电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源UDD通(tong)(tong)(tong)过RD向(xiang)杂散(san)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容CL充(chong)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)，充(chong)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)时(shi)(shi)(shi)(shi)间(jian)常(chang)数(shu)τ1=RDCL.所以(yi)，输出(chu)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)uo要通(tong)(tong)(tong)过一定(ding)延时(shi)(shi)(shi)(shi)才由低(di)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)平变(bian)为高(gao)(gao)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)平;当输入(ru)(ru)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)ui由低(di)变(bian)高(gao)(gao)，MOS管由截(jie)止(zhi)(zhi)状态转(zhuan)换(huan)为导通(tong)(tong)(tong)状态时(shi)(shi)(shi)(shi)，杂散(san)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容CL上的电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)荷通(tong)(tong)(tong)过rDS进行放(fang)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)，其(qi)放(fang)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)时(shi)(shi)(shi)(shi)间(jian)常(chang)数(shu)τ2≈rDSCL.可(ke)见，输出(chu)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)Uo也要经(jing)过一定(ding)延时(shi)(shi)(shi)(shi)才能转(zhuan)变(bian)成低(di)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)平。但因为rDS比RD小得多(duo)，所以(yi)，由截(jie)止(zhi)(zhi)到导通(tong)(tong)(tong)的转(zhuan)换(huan)时(shi)(shi)(shi)(shi)间(jian)比由导通(tong)(tong)(tong)到截(jie)止(zhi)(zhi)的转(zhuan)换(huan)时(shi)(shi)(shi)(shi)间(jian)要短。

由(you)于(yu)MOS管(guan)(guan)导通时(shi)的(de)漏源电(dian)阻rDS比晶体三(san)极管(guan)(guan)的(de)饱和(he)电(dian)阻rCES要大(da)得多，漏极外接电(dian)阻RD也(ye)比晶体管(guan)(guan)集电(dian)极电(dian)阻RC大(da)，所以，MOS管(guan)(guan)的(de)充(chong)、放(fang)(fang)电(dian)时(shi)间较(jiao)长，使MOS管(guan)(guan)的(de)开(kai)关(guan)速度比晶体三(san)极管(guan)(guan)的(de)开(kai)关(guan)速度低(di)。不过，在CMOS电(dian)路中，由(you)于(yu)充(chong)电(dian)电(dian)路和(he)放(fang)(fang)电(dian)电(dian)路都是低(di)阻电(dian)路，因此，其充(chong)、放(fang)(fang)电(dian)过程都比较(jiao)快，从而使CMOS电(dian)路有较(jiao)高的(de)开(kai)关(guan)速度。

2、MOS管导通特性

导通的意思(si)是作(zuo)为(wei)开关(guan)，相当于开关(guan)闭合。

NMOS的特性，Vgs大于一定的值就(jiu)会导通，适合用于源极接(jie)地(di)时的情(qing)况(低端驱动)，只要(yao)栅极电压达到4V或10V就(jiu)可以了(le)。

PMOS的特(te)性，Vgs小于(yu)一定的值(zhi)就(jiu)会导通(tong)，适合用(yong)于(yu)源极(ji)接VCC时的情况(高端(duan)(duan)驱动(dong))。但是，虽然PMOS可(ke)以很方便地用(yong)作高端(duan)(duan)驱动(dong)，但由于(yu)导通(tong)电(dian)阻大，价格(ge)贵，替换种类少等原因，在高端(duan)(duan)驱动(dong)中，通(tong)常(chang)还是使用(yong)NMOS。

3、MOS开关管损失

不管是NMOS还是PMOS，导通(tong)(tong)(tong)后都有(you)导通(tong)(tong)(tong)电(dian)阻(zu)存在，这样电(dian)流就会(hui)在这个电(dian)阻(zu)上消耗能量(liang)，这部分消耗的(de)能量(liang)叫做导通(tong)(tong)(tong)损耗。选择导通(tong)(tong)(tong)电(dian)阻(zu)小的(de)MOS管会(hui)减(jian)小导通(tong)(tong)(tong)损耗。现在的(de)小功率MOS管导通(tong)(tong)(tong)电(dian)阻(zu)一般在几(ji)十毫(hao)欧左(zuo)右(you)，几(ji)毫(hao)欧的(de)也有(you)。

MOS在导通和截止的(de)时候，一(yi)(yi)定不是(shi)(shi)在瞬间完成的(de)。MOS两端的(de)电(dian)压有一(yi)(yi)个下降的(de)过(guo)程，流(liu)过(guo)的(de)电(dian)流(liu)有一(yi)(yi)个上升的(de)过(guo)程，在这段时间内，MOS管的(de)损(sun)失(shi)(shi)是(shi)(shi)电(dian)压和电(dian)流(liu)的(de)乘积，叫(jiao)做(zuo)开关损(sun)失(shi)(shi)。通常开关损(sun)失(shi)(shi)比导通损(sun)失(shi)(shi)大(da)得(de)多，而且开关频率越(yue)快，损(sun)失(shi)(shi)也越(yue)大(da)。

导通瞬间(jian)电压和电流的乘积(ji)很大，造成的损(sun)失(shi)也就很大。缩短开(kai)关时(shi)间(jian)，可(ke)以减(jian)(jian)(jian)小(xiao)每次(ci)导通时(shi)的损(sun)失(shi);降低开(kai)关频率(lv)，可(ke)以减(jian)(jian)(jian)小(xiao)单(dan)位时(shi)间(jian)内的开(kai)关次(ci)数。这(zhei)两(liang)种办法都可(ke)以减(jian)(jian)(jian)小(xiao)开(kai)关损(sun)失(shi)。

4、MOS管驱动

跟(gen)双(shuang)极性晶体管(guan)相(xiang)比，一般认为使(shi)MOS管(guan)导通不需要(yao)电流，只(zhi)要(yao)GS电压高(gao)于(yu)一定的(de)值，就(jiu)可以了(le)。这个很容易做(zuo)到，但是(shi)，我们还需要(yao)速度。

在(zai)MOS管(guan)的(de)结构(gou)中可以(yi)看到，在(zai)GS，GD之间(jian)(jian)存在(zai)寄(ji)生电(dian)(dian)(dian)容(rong)，而MOS管(guan)的(de)驱动，实际上就是对(dui)电(dian)(dian)(dian)容(rong)的(de)充(chong)(chong)放电(dian)(dian)(dian)。对(dui)电(dian)(dian)(dian)容(rong)的(de)充(chong)(chong)电(dian)(dian)(dian)需要一(yi)个电(dian)(dian)(dian)流，因为对(dui)电(dian)(dian)(dian)容(rong)充(chong)(chong)电(dian)(dian)(dian)瞬间(jian)(jian)可以(yi)把电(dian)(dian)(dian)容(rong)看成短路(lu)，所(suo)以(yi)瞬间(jian)(jian)电(dian)(dian)(dian)流会(hui)比较(jiao)大。选择(ze)/设计MOS管(guan)驱动时第一(yi)要注意的(de)是可提供(gong)瞬间(jian)(jian)短路(lu)电(dian)(dian)(dian)流的(de)大小。

第二注意的(de)(de)(de)(de)是，普(pu)遍用于(yu)(yu)高(gao)端驱动的(de)(de)(de)(de)NMOS，导通时需要是栅(zha)极(ji)电(dian)压(ya)大(da)于(yu)(yu)源极(ji)电(dian)压(ya)。而高(gao)端驱动的(de)(de)(de)(de)MOS管导通时源极(ji)电(dian)压(ya)与(yu)漏(lou)极(ji)电(dian)压(ya)(VCC)相(xiang)同，所(suo)以(yi)这(zhei)时栅(zha)极(ji)电(dian)压(ya)要比VCC大(da)4V或10V。如(ru)果在同一个系统里，要得(de)到(dao)比VCC大(da)的(de)(de)(de)(de)电(dian)压(ya)，就要专门的(de)(de)(de)(de)升压(ya)电(dian)路了(le)。很多马达驱动器都(dou)集成了(le)电(dian)荷泵，要注意的(de)(de)(de)(de)是应该选择合适的(de)(de)(de)(de)外(wai)接(jie)电(dian)容，以(yi)得(de)到(dao)足够(gou)的(de)(de)(de)(de)短(duan)路电(dian)流去驱动MOS管。

上边说的(de)(de)4V或10V是常(chang)用的(de)(de)MOS管的(de)(de)导(dao)(dao)通电(dian)压(ya)(ya)，设(she)计时当然需(xu)要有一定的(de)(de)余量。而且(qie)电(dian)压(ya)(ya)越(yue)高(gao)，导(dao)(dao)通速度越(yue)快，导(dao)(dao)通电(dian)阻也越(yue)小(xiao)。现在(zai)(zai)也有导(dao)(dao)通电(dian)压(ya)(ya)更小(xiao)的(de)(de)MOS管用在(zai)(zai)不同(tong)的(de)(de)领域里，但在(zai)(zai)12V汽车电(dian)子(zi)系统里，一般(ban)4V导(dao)(dao)通就够用了。

5、MOS管应用电路

MOS管最显著的特性是开关(guan)特性好，所(suo)以(yi)被广泛(fan)应用(yong)在需要电(dian)子开关(guan)的电(dian)路中，常见的如开关(guan)电(dian)源和(he)马(ma)达驱(qu)动，也有照(zhao)明调(diao)光(guang)。

6、开关MOS管发热的一般原因

做电源(yuan)设(she)计(ji)，或者做驱动(dong)方面的(de)(de)电路，难免要(yao)用到(dao)场效应管，也(ye)就是(shi)人们常说的(de)(de)MOS管。MOS管有很多种类(lei)，也(ye)有很多作用。做电源(yuan)或者驱动(dong)的(de)(de)使用，当然(ran)就是(shi)用它的(de)(de)开关作用。

无论N型(xing)或者P型(xing)MOS管(guan)，其(qi)工作原理(li)本质是(shi)一样的(de)(de)。MOS管(guan)是(shi)由加(jia)在输(shu)入端(duan)(duan)栅极(ji)的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)压来控制(zhi)输(shu)出端(duan)(duan)漏极(ji)的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)流。MOS管(guan)是(shi)压控器(qi)件它通过加(jia)在栅极(ji)上的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)压控制(zhi)器(qi)件的(de)(de)特性，不会发生(sheng)像三极(ji)管(guan)做开关(guan)(guan)(guan)时的(de)(de)因基极(ji)电(dian)(dian)(dian)流引起(qi)的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)荷存储(chu)效应，因此在开关(guan)(guan)(guan)应用中，MOS管(guan)的(de)(de)开关(guan)(guan)(guan)速度(du)应该比三极(ji)管(guan)快(kuai)。其(qi)主(zhu)要(yao)原理(li)如图(tu)：图(tu)1。

我们在开(kai)关电(dian)源(yuan)中常(chang)用MOS管的漏(lou)(lou)极开(kai)路电(dian)路，如(ru)图2漏(lou)(lou)极原(yuan)封不(bu)动地(di)接负载，叫(jiao)开(kai)路漏(lou)(lou)极，开(kai)路漏(lou)(lou)极电(dian)路中不(bu)管负载接多高(gao)的电(dian)压，都能够接通和关断负载电(dian)流。是理想的模拟开(kai)关器件(jian)(jian)。这(zhei)就是MOS管做开(kai)关器件(jian)(jian)的原(yuan)理。当然MOS管做开(kai)关使(shi)用的电(dian)路形式比较(jiao)多了。

在开关电(dian)源应用(yong)方面(mian)，这(zhei)种应用(yong)需要(yao)MOS管定期(qi)导(dao)通和关断(duan)。比(bi)如，DC-DC电(dian)源中常(chang)用(yong)的基本(ben)降(jiang)压转(zhuan)换器依赖两个MOS管来执行开关功能(neng)，这(zhei)些开关交替(ti)在电(dian)感里存储能(neng)量，然后(hou)把能(neng)量释(shi)放给负载(zai)。我(wo)们(men)常(chang)选择数百kHz乃至1MHz以上的频率，因为频率越高，磁性元(yuan)件可以更小(xiao)更轻。在正常(chang)工作期(qi)间(jian)，MOS管只相当于(yu)一(yi)个导(dao)体。因此(ci)，我(wo)们(men)电(dian)路或者电(dian)源设(she)计人员最(zui)关心的是(shi)MOS的最(zui)小(xiao)传导(dao)损耗(hao)。

我们经常看MOS管(guan)的(de)(de)PDF参数(shu)(shu)(shu)，MOS管(guan)制造商(shang)采用RDS（ON）参数(shu)(shu)(shu)来定义(yi)导(dao)通阻(zu)抗(kang)，对(dui)开(kai)关(guan)应用来说，RDS（ON）也是(shi)(shi)最重要的(de)(de)器(qi)件(jian)特性。数(shu)(shu)(shu)据手册定义(yi)RDS（ON）与栅极(ji)（或(huo)驱(qu)动(dong)）电(dian)压(ya)VGS以及流(liu)经开(kai)关(guan)的(de)(de)电(dian)流(liu)有关(guan)，但对(dui)于充分的(de)(de)栅极(ji)驱(qu)动(dong)，RDS（ON）是(shi)(shi)一(yi)个相对(dui)静态参数(shu)(shu)(shu)。一(yi)直处(chu)于导(dao)通的(de)(de)MOS管(guan)很容易发(fa)热(re)。另外，慢(man)慢(man)升(sheng)高的(de)(de)结(jie)温也会(hui)导(dao)致RDS（ON）的(de)(de)增加。MOS管(guan)数(shu)(shu)(shu)据手册规定了热(re)阻(zu)抗(kang)参数(shu)(shu)(shu)，其定义(yi)为MOS管(guan)封装(zhuang)的(de)(de)半导(dao)体(ti)结(jie)散(san)热(re)能力。RθJC的(de)(de)最简单的(de)(de)定义(yi)是(shi)(shi)结(jie)到管(guan)壳的(de)(de)热(re)阻(zu)抗(kang)。

①发热情(qing)况(kuang)有，电(dian)路设计的(de)问题，就是(shi)让MOS管工作在(zai)线性的(de)工作状态，而不是(shi)在(zai)开关状态。这(zhei)也(ye)是(shi)导(dao)(dao)致MOS管发热的(de)一个原因。如果N-MOS做开关，G级(ji)电(dian)压要比(bi)(bi)电(dian)源高几V，才能完(wan)全(quan)导(dao)(dao)通(tong)，P-MOS则相反。没(mei)有完(wan)全(quan)打开而压降过大(da)(da)(da)造成功(gong)率消耗，等效直流(liu)阻(zu)抗比(bi)(bi)较大(da)(da)(da)，压降增大(da)(da)(da)，所以U*I也(ye)增大(da)(da)(da)，损(sun)耗就意味着发热。这(zhei)是(shi)设计电(dian)路的(de)最忌讳的(de)错误(wu)。

②频率太高，主要是(shi)有(you)时过分追求体积，导致频率提高，MOS管上的损(sun)耗(hao)增(zeng)大(da)了，所(suo)以发热也(ye)加大(da)了

③没有做(zuo)好(hao)足够(gou)(gou)的散热设计，电流太高，MOS管标称的电流值，一般需(xu)要良好(hao)的散热才能达到。所(suo)以ID小于最大电流，也可能发(fa)热严(yan)重，需(xu)要足够(gou)(gou)的辅助散热片。

④MOS管(guan)的选型有(you)误，对功率(lv)判断有(you)误，MOS管(guan)内阻没有(you)充(chong)分考虑，导(dao)致开(kai)关(guan)阻抗增大.

其(qi)实这(zhei)些问题也(ye)是老生常谈的问题，做开关电(dian)源或(huo)者(zhe)MOS管开关驱动这(zhei)些知识应该(gai)是烂熟于心，当然有时(shi)还有其(qi)他方(fang)面的因素(su)，主要就是以上几种原因。

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